ابرخازن چیست؟
ابرخازن ها وسایل الکترونیکی هستند که برای ذخیره مقادیر بسیار زیاد بار الکتریکی استفاده می شوند.
آنها همچنین به عنوان خازن های دو لایه یا فوق خازن شناخته می شوند. به جای استفاده از دی الکتریک معمولی،
ابرخازن ها از دو مکانیسم برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده می کنند: خازن دو لایه و شبه خازن.
خازن دو لایه منشا الکترواستاتیکی دارد، در حالی که شبه خازن الکتروشیمیایی است،
به این معنی که ابرخازن ها عملکرد خازن های معمولی را با عملکرد یک باتری معمولی ترکیب می کنند.
ظرفیت های به دست آمده با استفاده از این فناوری می تواند به 12000 فارنهایت برسد.
در مقایسه، کل سیاره زمین تنها حدود 710 میکروفنتر است، که بیش از 15 میلیون برابر کمتر از ظرفیت یک ابرخازن است.
در حالی که یک خازن الکترواستاتیک معمولی ممکن است حداکثر ولتاژ کاری بالایی داشته باشد،
حداکثر ولتاژ شارژ معمولی یک ابرخازن بین 2.5 تا 2.7 ولت است. ابرخازن‌ها دستگاه‌های قطبی هستند،
به این معنی که باید درست مانند خازن‌های الکترولیت به مدار متصل شوند. خواص الکتریکی این دستگاه ها، به ویژه
زمان شارژ و دشارژ سریع آنها، برای برخی کاربردها بسیار جالب است، جایی که ابرخازن ها ممکن است به طور کامل جایگزین باتری ها شوند.
تعریف ابرخازن
ابرخازن خازن مخصوص طراحی شده است که ظرفیت بسیار بالایی دارد. ابرخازن ها خواص خازن ها و باتری ها را در یک دستگاه ترکیب می کنند.
مشخصات ,
زمان شارژ
ابرخازن ها زمان شارژ و دشارژ قابل مقایسه با خازن های معمولی دارند.
دستیابی به جریان های شارژ و دشارژ بالا به دلیل مقاومت داخلی پایین آنها امکان پذیر است.
باتری‌ها معمولاً چندین ساعت طول می‌کشند تا به حالت شارژ کامل برسند – مثال خوب باتری تلفن همراه است،
در حالی که می‌توان در کمتر از دو دقیقه به همان حالت شارژ رساند.
ویژگی
توان ویژه یک باتری یا ابرخازن معیاری است که برای مقایسه فناوری های مختلف از نظر حداکثر توان خروجی تقسیم
بر جرم کل دستگاه استفاده می شود. قدرت ویژه ابرخازن ها 5 تا 10 برابر بیشتر از باتری ها است. به عنوان مثال،
در حالی که باتری های لیتیوم یونی دارای توان ویژه 1 تا 3 کیلووات بر کیلوگرم هستند، قدرت ویژه یک ابرخازن
معمولی حدود 10 کیلو وات بر کیلوگرم است. این ویژگی به ویژه در برنامه هایی که
نیاز به انفجارهای سریع انرژی برای آزاد شدن از دستگاه ذخیره سازی دارند، بسیار مهم است.
طول عمر و ایمنی
باتری های ابرخازن در صورت بدرفتاری ایمن تر از باتری های معمولی هستند.
در حالی که شناخته شده است که باتری ها به دلیل گرمای بیش از حد در هنگام اتصال کوتاه منفجر می شوند،
ابرخازن ها به دلیل مقاومت داخلی کم خود گرم نمی شوند. اتصال یک ابرخازن کاملاً شارژ شده
باعث آزاد شدن سریع انرژی ذخیره شده می شود که می تواند باعث ایجاد قوس الکتریکی شود
و ممکن است به دستگاه آسیب برساند، اما برخلاف باتری ها، گرمای تولید شده نگران کننده نیست.
ابرخازن ها می توانند میلیون ها بار شارژ و دشارژ شوند و عمر چرخه تقریبا نامحدودی دارند،
در حالی که باتری ها فقط عمر چرخه ای 500 بار و بالاتر دارند. این امر ابرخازن‌ها را
در کاربردهایی که ذخیره مکرر و آزادسازی انرژی مورد نیاز است بسیار مفید می‌سازد.
معایب
ابرخازن ها دارای معایبی نیز هستند. یکی از معایب انرژی ویژه نسبتا کم است.
انرژی ویژه اندازه گیری مقدار کل انرژی ذخیره شده در دستگاه تقسیم بر وزن آن است.
در حالی که باتری‌های لیتیوم یونی که معمولاً در تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند دارای انرژی ویژه 100-200 Wh/kg هستند،
معمولاً فقط 5 Wh/kg را ذخیره می‌کنند. این بدان معناست که یک ابرخازن با ظرفیت (و نه ظرفیت)
یک باتری معمولی تا 40 برابر وزن دارد. انرژی ویژه را نباید با توان ویژه، که معیاری برای حداکثر توان خروجی یک دستگاه در هر وزن است، اشتباه گرفت.
یکی دیگر از معایب ولتاژ تخلیه خطی است. به عنوان مثال، یک باتری با ولتاژ 2.7 ولت، زمانی که 50 درصد شارژ داشته باشد،
همچنان ولتاژی نزدیک به 2.7 ولت تولید می کند، در حالی که یک ابرخازن با ولتاژ 2.7 ولت با 50 درصد شارژ،
دقیقاً نیمی از حداکثر ولتاژ شارژ خود را – 1.35 ولت، خروجی می دهد. این بدان معناست که ولتاژ خروجی کمتر
از حداقل ولتاژ کاری دستگاهی که روی یک ابرخازن کار می‌کند، مثلاً یک تلفن همراه، می‌افتد و دستگاه باید قبل از استفاده از
تمام شارژ در خازن، خاموش شود. راه حل این مشکل استفاده از مبدل های DC-DC است. این رویکرد مشکلات جدیدی مانند راندمان و نویز قدرت را معرفی می کند.
هزینه سومین نقطه ضعف بزرگ ابرخازن های موجود در حال حاضر است. هزینه هر وات ساعت یک ابرخازن
بیش از 20 برابر بیشتر از باتری های لیتیوم یونی است. با این حال، هزینه را می توان از طریق فناوری های جدید و تولید انبوه باتری ها را کاهش داد.
انرژی ویژه کم، ولتاژ تخلیه خطی و هزینه بالا از دلایل اصلی جلوگیری از جایگزینی ابرخازن ها در باتری ها در بیشتر کاربردها هستند.
تگ ها
خازن آبگرد – کوره القایی – آبگرد خازن – خازن-آبگرد water cooled capacitor
درج دیدگاه